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载2006年1月20日《中国图书商报·阅读周刊》08版 有删节

 


一本“毛茸茸的”教科书

钮卫星

 

  书怎么会是毛茸茸的?笔者虽然对书没有什么“洁癖”,但书皮起皱、边角打卷的情形也是不能容忍的。所以这里所说的毛茸茸不是指书的物理外观不堪入目,而是指书的内容有种让人觉得温暖、容易亲近的感觉。其实这个形容词的这种用法不是我的创意,它来自我的老师江晓原教授转述的北大中文系主任温儒敏教授的话。温教授是大学素质教育通识课系列教材的执行主编,他一次跟江教授说这套教材在叙述上可以有些枝蔓,“应该写得毛茸茸的”。我是其中一种教材的编写者之一,由于修为有限,很可能未能领会和贯彻温教授的毛茸茸的写作方针。然而近日读到一册叫做《天文学:物理新视野》([美]M. L.   库特纳著,萧耐园、胡方浩译,湖南科学技术出版社,2005年11月)的教科书,恍然领悟到了这种毛茸茸的意境是什么样子的。
  读者大概都知道一般教科书是什么样子的。除了应付考试的学生和备课的老师以外,别人很少有事没事捧一本教科书来翻。究其原因,很可能是教科书一般都写得冷冰冰、硬邦邦、干巴巴的,摆出一幅不让人亲近的面孔。我当初在天文学系学习的时候,遇到的教科书大凡也属此类。然而现在手头这本《天文学》教科书,虽然从其讲述的基本内容来说,与别的同类教科书似乎并无不同,但是真得读起来,发现它确实是与众不同的。
  首先书在大框架的布局上就独具匠心。一般天文学教程的传统做法是从我们的太阳系说起,而这本《天文学》把太阳系放在最后讲,这样在了解了整个宇宙和恒星的知识之后再来认识作为一颗普通恒星的太阳就顺理成章了。全书共分六大部分,首先放眼整个宇宙,在第一章“引言”中概述了宇宙是可以通过对一些基本物理原理的应用而来理解的;然后在第一部分“普通恒星的性质”中讲述宇宙中的最基本组成单元恒星以及作为一颗普通恒星的太阳,这部分的重点在于阐述从恒星我们可以获得那些信息和如何获得这些信息,这些信息是天文学研究的基础;第二部分“相对论”为进一步的讨论做了理论上的准备,讲述了狭义相对论和广义相对论的基本原理;第三部分“恒星演化”讲述成年恒星的各种物理性质,以及不同类型恒星的年龄和各种归宿;第四部分“银河”讲述我们的银河系中的恒星如何从星际分子云中形成,以及银河系的运动学和动力学;第五部分“浩瀚的宇宙”讲述星系、星系团、活动星系和整个宇宙的诞生和演化的相关理论和问题;最后第六部分“太阳系”讲述我们的太阳系里各大行星及其卫星、以及小行星、彗星的基本特征,最后还讨论了生命的起源和生命在宇宙中的普遍性问题。
  把一本毛茸茸的教科书概述成上面这么干巴巴的一段,实在是种罪过。但毛茸茸本来就是一种“精细结构”,在大框架中反映不出来,需要在阅读中仔细体会的。下面我就谈谈自己阅读后感受到的几点毛茸茸的特征。
  其一,作者对物理知识的应用很“平易近人”。天文学研究其实就是把人们在实验室里已经获得的物理规律应用到天体上去,所以这本《天文学》的副标题就是《物理新视野》。但是这个“新”字不是指该书作者提出了什么新的物理理论,而是指作者以一种很新颖的方式把一些日常的物理知识应用到天体上去,来解释一些基本的天文现象,全书通篇充满了这种对基本物理知识的深入浅出的应用,使得高深的物理定律和奇妙的天文现象不再那么高不可攀。学过一点大学物理和微积分的读者就能看懂这些物理知识是怎么被用到天文现象的解释中去的。
  其二,作者特别关照到物理定律和概念的历史感。在书中引入某条物理定律或某个物理概念时,作者往往会交待这条物理定律或这个物理概念的来龙去脉,把抽象的知识跟具体的人和事联系起来,使得物理定律和概念具有一种历史感和真实感,以至于有些段落甚至可以被当做天文学史或物理学史来读。一般介绍客观的物理规律时可以不涉及规律的发现者,而作者的这种处理让枯燥的知识变得容易亲近,也容易记忆。这种历史感的关照还特别让读者能体会到知识的获得需要一个积累过程,对历史上的某个理论不能简单地以对或错来接受或抛弃。譬如,开尔文曾经认为太阳发光的能源来自它自身收缩释放的引力势能,并计算了太阳的年龄在二千万年左右,开尔文曾经据此坚决反对进化论。后来人们知道开尔文在这件事上是错误的,但他提出的恒星靠引力势能提供能源的想法是有价值的。书中把开尔文计算得到的恒星寿命称为恒星引力寿命或开尔文时间。事实上现在一般认为恒星在演化早期就是以开尔文提出的模型为自己提供能源,直到点燃内部的核熔炉。
  其三,作者在论述一些问题时甚至还不乏幽默感。譬如在描述中子星的性质时,讲到中子星的强大引力会产生很大的起潮力,所以他告诫读者如果登陆一颗中子星的话,应该趴着而不要站着,以免作用在头部和脚部的引力差把你撕碎;后来作者又计算了中子星表面的大气只有1厘米厚,所以作者又补充了一句:这是你必需趴着的另一个原因。
  其四,作者所介绍的知识是鲜活的。顾及到知识的历史感并不等于书中所介绍的知识是陈旧的,恰恰相反,全书的论述非常贴近天文学的前沿研究进展。书中用到的大量图片大多来自哈勃太空望远镜近几年的观测成果。并且这些插图不象当前有些图文书那样为插图而插图,而是密切结合所论述的问题,在作者的指点下,读者不只是在欣赏这些图片而是可以看出一些门道来的。书中采用的图表和数据也大多引自近年的像《天体物理学报》这样的天文学前沿专业杂志。所以读者从书中学到的不是一种僵化、死板的知识,而是能领略到一种鲜活、动态的现代天文学研究活动及其最新成果。
  其五,作者在论述中总以提问的方式循循善诱。我们在学习的过程中大多注重学习解决问题的能力;而在理论研究中,往往更需要一种发现问题、提出问题的能力。这本《天文学》教程全书可以说就是围绕着各种各样的问题展开论述的。譬如在“恒星形成中的问题”一节中,作者先问了一连串的问题:“恒星得以形成的条件是什么?”、“哪种类型的星际云可能形成恒星?”、“云内的什么地方是形成恒星的最可能场所?”、“恒星的形成是自发的还是需要某种外界的触发?”等等。也许最后读者在书中并不能找到所有这些问题的答案,作者的回答也许也只是尝试性的,但正是通过这种方式,学生可以学到解决这些问题的基本思路,领会为了解决这些问题需要进一步努力的方向;通过这样的学习,学生如果愿意继续天文学研究生涯的话,就可以自然而然地进入了天文学的前沿研究领域,成为一名有创造力的研究人员。
  其六,作者用试探性的、商讨的态度解算例题显得“和蔼可亲”。书中有大量的例题穿插在正文中。这种例题的编排方式很合理,也很人性化。一方面这些例题要解决的问题紧扣正文内容,是对正文的必要补充;另一方面如果像一般教科书那样把例题扔在每章的末尾就显得很冷冰冰。而我这里要说明的是作者提供的对这些例题的解算更具有启发性。作者提出的一些算法并不以绝对正确的姿态出现,有时对一个很复杂的问题只提供一个很初等的解法,有时只给出一个数量级的估计。有些解算结果从某种严格意义上来说是有偏差的——当然在这种情况下作者会在最后补充说明按照严格的理论算出的结果会是多少,但是从作者的这种解算示范中,学生能体会到一种解决问题的基本思路,掌握一种解决问题的能力。
  反观我们习见的教科书,往往以一种绝对正确的武断姿态出现。这种绝对正确是那样的毫无疑问、不容置疑,以致学生只有死记硬背的份,学生的创造力因此被扼杀殆尽。从这种中外教科书的不同风格中,也许可以看出中西方教育理念的不同;同时也能解释据说的我们的中学生和本科生教学质量不比美国的差,而到研究生阶段学生的研究能力就落后了。
  其实,教科书的目的不仅仅在于传授绝对正确的知识,而更在于传授一种获得正确知识的方法,并为获得这些正确知识起一种示范作用,同时提供一个相关学科领域的研究背景。从这几点来说,我认为这本《天文学》是做得很不错的,很值得我们的教科书编写者借鉴。希望我们的教科书也能实实在在有助于培养学生的能力,而不是只让学生背诵正确的知识。
  书的主要译者萧耐园教授是我在南京大学天文学系读书时的老师。萧老师在繁忙的教学和科研之余来翻译这本《天文学》,无疑是对中国天文学基础教学和研究的又一贡献。萧老师做学问严谨扎实,知识面宽广,为人又随和、风趣,深得学生们的喜爱。由萧老师来翻译这本《天文学》,可谓事得其人,不仅原书的风格和特点得以淋漓尽致地展现,而且在专业知识上也有了一个可靠的把关者。原著中有时会出现这样那样的小错误,有时是数据不正确,有时是公式有问题,萧老师把极大多数的这种错误都以译者注的方式加以了更正,避免了原著中的错误继续流传。这里笔者再补充三则未被更正的原著中的错误,提请读者留意:第26页例题3.1计算巴尔末α线波长的公式中少了里德伯常数R,应补上;第508页提到克里克和沃生因发现DNA双螺旋结构而获得诺贝尔“化学奖”,其实他们获得的是“生理学或医学奖”;附录B中万有引力常数G的单位写成了“dyne cm2 g2”(达因·厘米2·克2),正确的应为“dyne cm2 /g2”(达因·厘米2/克2)。
  我想这些细处的问题并不在总体上影响这本具有独特风格的天文学教科书的价值的,它值得学天文的学生和对天文学感兴趣的读者去拥有一册,并时常翻翻。如果说对这本书还有一点点遗憾或者一点点希望的话,那就是全书中用的插图全是黑白的,这使得所有哈勃太空望远镜拍摄的精美乃至壮美的图片在欣赏效果上大打折扣,而且这不仅仅是影响欣赏效果的问题,因为很多图片中的天体信息是用颜色来区分和表达的,譬如图10.8(d)的图注说电离氮呈红色、氢绿色、二次电离氧蓝色;图21.3的图注说蓝色曲线为物质,红色曲线为辐射,而我们看到的只是黑白图片。当然我明白把全书的图片全印刷成彩色意味着什么——它的定价肯定不是现在这个样子了。也许在现阶段我们首先需要的是“面包”,“黄油”是将来的事。

 

 

20060123加入